UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Faculdade de Tecnologia
PATY NAIARA LUIZ DE MORAIS
ESTUDO DA INFLUÊNCIA DO TEOR DE ARGAMASSA
NO DESEMPENHO DE CONCRETOS LEVES
AUTO ADENSÁVEIS
STUDY OF THE INFLUENCE OF MORTAR CONTENT ON
THE PERFORMANCE OF LIGHTWEIGHT
SELF-COMPACTING CONCRETE
LIMEIRA 2017
PATY NAIARA LUIZ DE MORAIS
ESTUDO DA INFLUÊNCIA DO TEOR DE ARGAMASSA
NO DESEMPENHO DE CONCRETOS LEVES
AUTO ADENSÁVEIS
STUDY OF THE INFLUENCE OF MORTAR CONTENT ON
THE PERFORMANCE OF LIGHTWEIGHT
SELF-COMPACTING CONCRETE
Dissertação apresentada à Faculdade de Tecnologia da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Mestra em Tecnologia, na Área de Ciência dos Materiais.
Orientador (a): Prof.ª. Drª. Luísa Andréia Gachet Barbosa
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELA ALUNA PATY NAIARA LUIZ DE MORAIS, E ORIENTADA PELA PROF(A). DR(A). LUÍSA ANDRÉIA GACHET BARBOSA.
LIMEIRA 2017
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM TECNOLOGIA
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Estudo da influência do teor de argamassa no desempenho de
concretos leves auto adensáveis.
PATY NAIARA LUIZ DE MORAIS
A Banca Examinadora composta pelos membros abaixo aprovou esta Dissertação:
__________________________________ Profa. Dra. Luísa Andréia Gachet Barbosa UNICAMP/FT
Presidente
__________________________________ Profa. Dra. Rosa Cristina Cecche Lintz UNICAMP/FT
__________________________________
Profa. Dra. Mirian de Lourdes Noronha Motta Melo UNIFEI
A ATA DE DEFESA, ASSINADA PELOS MEMBROS DA COMISSÃO EXAMINADORA, CONSTA NO PROCESSO DE VIDA ACADÊMICA DO ALUNO.
DEDICATÓRIA
_______________________________________________
“Um único sonho é mais poderoso do que mil realidades. ”
J. R. R. Tolkien
AGRADECIMENTOS
__________________________________________
Agradeço primeiramente a Deus, por iluminar meus passos, meu caminho, me guiar e me capacitar em todas as etapas da minha vida.
Um agradecimento especial a toda minha família, que esteve sempre presente, me apoiando e me dando forças para que eu continuasse na luta, principalmente aos meus pais, Carlos e Sonia, pessoas que sempre me guiaram pelo exemplo e que me ensinaram os maiores valores que se pode ter na vida. A minha irmã Érica, que mesmo distante me guiou e me deu estímulos nesta caminhada.
Agradeço também ao meu noivo Thomaz sempre ao meu lado em todos os sentidos, me dando muita força e tornando meus sonhos realidade, a família Ferraz Teixeira, que fazem parte da minha vida e que me acolheram como parte da sua família, me fornecendo apoio e estímulo para continuar em frente.
A minha amiga Ms Andressa Angelin (quase doutora, rs) sempre disposta a me ajudar, tirar uma dúvida, dar um conselho, amiga que a FT me trouxe durante a graduação e que permanecerá para sempre em meu coração, desejo os mais belos caminhos em sua vida.
Agradeço a Faculdade de Tecnologia da Unicamp, a minha orientadora, Profª. Drª. Luísa Andréia Gachet Barbosa, a Profª. Rosa Cristina Cecche Lintz, os técnicos do laboratório de materiais da Faculdade de Tecnologia, Emerson Verzegnassi e Reginaldo Ferreira e a todos os professores da Unicamp por gentilmente terem me ajudado e me guiado no decorrer deste trabalho, me dando todo o suporte necessário.
A King Abdullah University of Science & Technology por reconhecer meu trabalho em 2012, me proporcionar a interação com diferentes pesquisas, culturas e atividades em quase um mês de estadia, o que foi o suficiente para me despertar o interesse e aprofundar esse assunto nas minhas pesquisas.
Às empresas CINEXPAN S.A., SILICON Indústria e Comércio de Produtos Químicos Ltda e BASF S.A., pelo fornecimento dos materiais utilizados nesta pesquisa.
RESUMO
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Esta pesquisa versa sobre o estudo da influência do teor de argamassa ideal sobre as características de concretos leves auto adensáveis (CLAA), tanto no estado fresco como no estado endurecido, apresentando um concreto com propriedades especiais em função da utilização conjunta de argila expandida e sílica ativa. Desenvolveu-se um amplo programa experimental para análise dos concretos, tendo como objetivos o estudo dos processos de dosagem e produção, caracterização das propriedades dos concretos no estado fresco e endurecido. Foram produzidos seis traços com diferentes teores de argamassa (50, 55, 60, 65, 70 e 75%). Para a produção dos mesmos foi aplicado o método de dosagem para CAA desenvolvido por Borja (2011), o qual se mostrou satisfatório no que diz respeito às propriedades de fluxo dos CLAA’s. Foram adicionadas diferentes granulometrias de argila expandida e confeccionados corpos-de-prova cilíndricos de 100 mm de diâmetro e 200 mm de altura. As propriedades do concreto fresco foram avaliadas no que diz respeito ao espalhamento, tempo de escoamento, habilidade passante. No estado endurecido foram determinadas as resistências à compressão, à tração por compressão diametral, massa especifica, absorção por imersão, índices de vazios e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados do programa experimental demonstraram que os CLAA’s são adequados devido auto adensibilidade e a manutenção das propriedades mecânicas, na microscopia eletrônica de varredura apresentou-se uma menor espessura da zona de transição, mostrando assim que todos os resultados atendem as prescrições das Normas Brasileiras, tanto no estado fresco como no estado endurecido.
ABSTRACT
__________________________________________
This research deals with the study of the influence of the ideal mortar content on the characteristics of lightweight self-compacting concrete (CLAA), both in the fresh state and in the hardened state, presenting a concrete with special properties due to the use of expanded clay and silica active A large experimental program was developed for the analysis of concretes, with the objectives of the study of the dosage and production processes, characterization of the concrete properties in the fresh and hardened state. Six traces were produced with different mortar contents (50, 55, 60, 65, 70 and 75%). For the production of the same, the dosage method for CAA developed by Borja (2011) was applied, which was satisfactory with respect to the flow properties of the CLAA's. Different granulometries of expanded clay were added and cylindrical specimens 100 mm in diameter and 200 mm in height were made. The properties of the fresh concrete were evaluated with respect to the spreading, flow time, passing ability. In the hardened state, the compressive strength, diametral compression traction, specific mass, immersion absorption, void indices and scanning electron microscopy (SEM) were determined. The results of the experimental program demonstrated that the CLAA's are adequate due to self-sensitivity and the maintenance of the mechanical properties. In the scanning electron microscopy, a lower thickness of the transition zone was shown, thus showing that all the results that comply with the Brazilian Standards , both in the fresh state and in the hardened state.
LISTA DE FIGURAS
__________________________________________
Figura 1 – Classificação dos agregados leves...18
Figura 2 – Forno rotativo ...19
Figura 3 – Micrografia dos agregados produzidos por sintetização e forno rotativo ...20
Figura 4 – Fabrica Cinexpan ...20
Figura 5 – Granulometria da argila ...21
Figura 6 – Estruturas de concreto leve, Cúpula de Panteão; El Tajin...26
Figura 7 – Navio USS Selma, construído em 1919 ...26
Figura 8 – Detalhe do pilar Akashi- Kaikyo ...31
Figura 9 – Vista geral de obra realizada em Goiânia executada com CAA...31
Figura 10 – Concretagem da laje utilizando do CAA...32
Figura 11 – Equipamento tronco-cônico e base plana para ensaio slump-flow...33
Figura 12 – Equipamento para o ensaio de viscosidade Funil V com medidas em milímetros...35
Figura 13 – Equipamento utilizado para determinação da habilidade passante (Caixa L) ...36
Figura 14 – Zona de transição a) Concreto auto adensável b) Concrete leve auto adensável...39
Figura 15 - Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) ...40
Figura 16 – Fluxograma Experimental ...43
Figura 17 – Agregados Cinexpan 0500 e Cinexpan 1506...45
Figura 18 – Curva granulométrica das argilas expandida C0500 e C1506...47
Figura 19 - Curva granulométrica da areia natural...48
Figura 21 – Produção do concreto ...52
Figura 22 – Ensaio de espalhamento...55
Figura 23 – Ensaio de viscosidade...56
Figura 24 – Ensaio de habilidade passante...56
Figura 25 – Etapas de cura dos corpos de prova...57
Figura 26 - Resultados encontrados de espalhamento dos...58
Figura 27 – Resultados de espalhamento dos concretos obtidos pelo método caixa L...59
Figura 28 - Comparação dos resultados de espalhamento dos concretos ...60
Figura 29 – Ensaio de Resistência a Compressão utilizando prensa hidráulica...62
Figura 30 - Resultados da resistência à compressão...63
Figura 31 – Valores da resistência à tração por compressão...65
Figura 32 – Ensaio de Resistência à Tração por compressão diametral...66
Figura 33 - Análise da distribuição dos agregados...66
Figura 34 - Comparação dos resultados de compressão do concreto auto adensável convencional com concreto leve auto adensável ...67
Figura 35 - Comparação dos resultados de tração por compressão diametral do concreto auto adensável convencional com concreto leve auto adensável ...68
Figura 36 - Ensaio de absorção, imersão e posterior secagem em estufa ...69
Figura 37 - Resultados da absorção por imersão e índice de vazios ...70
Figura 38 - Microscopia dos concretos a) Concreto auto adensável b) Concreto leve auto adensável teor 50% c) Concreto leve auto adensável teor 60% d)Concreto leve auto adensável teor 70% ...72
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Resultados da análise química do agregado leve...22
Tabela 2 – Composição granulométrica da argila expandida brasileira ...22
Tabela 3 – Absorção de água da argila expandida brasileira...23
Tabela 4 – Propriedades e características da argila expandida brasileira...23
Tabela 5 – Valores mínimos de resistência à compressão em função da massa específica aparente para concreto leve estrutural...24
Tabela 6 – Variação de teores de argamassa na produção do CAA ...30
Tabela 7 - Classes de espalhamento ...33
Tabela 8 – Classes de espalhamento ...34
Tabela 9 – Classe de viscosidade plástica aparente ...35
Tabela 10 – Classes de viscosidade plástica ...36
Tabela 11 – Classes de habilidade passante caixa L ...37
Tabela 12 – Classes de habilidade passante ...37
Tabela 13 – Ensaios realizados nos concretos CLAA...42
Tabela 14 – Propriedades físicas e químicas do CPV ARI ...44
Tabela 15 – Análise química da sílica ativa ...45
Tabela 16 – Absorção de água das argilas expandida C0500 e C1506 ...46
Tabela 17 – Características das argilas expandida C0500 e C1506 ...46
Tabela 18 – Composição granulométrica das argilas expandida C0500 e C1506 ...47
Tabela 19 – Composição granulométrica da areia natural ...48
Tabela 20 – Características físicas e químicas do aditivo superplastificante ...49
Tabela 21 - Dosagem dos concretos CLAA’s ...50
Tabela 22 – Resultados nos ensaios frescos ...58
Tabela 24 - Valores dos resultados da resistência à tração por compressão diametral ...64 Tabela 25 - Valores obtidos pelos ensaios de absorção, índice de vazios ...68
SUMÁRIO
__________________________________________
1.INTRODUÇÃO ...13 1.1 OJETIVO ...15 2. CONCRETO LEVE ...162.1 CONCRETO E SUAS PROPRIEDADES ... 16
2.2 CIMENTO PORTLAND ...16
2.3 AGREGADO LEVE...17
2.3.1 ARGILA EXPANDIDA NACIONAL ...20
2.3.2 CARACTERÍSTICAS DO AGREGADO LEVE ...21
2.4 CONCRETO LEVE...23
2.4.1 HISTÓRICO ...25
3 CONCRETO AUTO ADENSÁVEL...27
3.1 DESENVOLVIMENTO, DEFINIÇÕES, VANTAGENS DO CAA ...27
3.2 UTLIZAÇÃO ...30
3.3 ENSAIOS PARA AVALIAR AS PROPRIEDADES DO CAA NO ESTADO FRESCO ...32
3.3.1 DETERMINAÇÃO DO ENSAIO DE ESPALHAMENTO E DO TEMPO DE ESCOAMENTO – MÉTODO DO CONE ABRAMS ...32
3.3.2 DETERMINAÇÃO DA VISCOSIDADE – METODO DO FUNIL V ...34
3.3.3 DETERMINAÇÃO DA HABILIDADE PASSANTE – MÉTODO DA CAIXA L ...36
3.4 MICROESTRUTURA ...37
3.4.1 ANÁLISE POR MEIO DA MICROSCOPIA ELETÔNICA DE VARREDURA (MEV) ...39 4. DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL...41 4.1 MATERIAIS...44 4.1.2 CIMENTO PORTLAND...44 4.1.3 SÍLICA ATIVA ...45 4.1.4 ARGILA EXPANDIDA ...42 4.1.5 AREIA NATURAL ...47 4.1.6 ADITIVO SUPERPLASTIFICANTE ...48
4.2. DOSAGEM EXPERIMENTAL ...49
4.3 PRODUÇÃO DO CONCRETO ...51
4.4 ENSAIO NO ESTADO FRESCO ...52
4.5 ENSAIO NO ESTADO ENDURECIDO ...52
4.5.1 MASSA ESPECÍFICA, ÍNDICE DE VAZIOS E ABSORÇÃO DE ÁGUA POR IMERSÃO ...52
4.5.2 RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO E A TRAÇÃO ...53
4.5.3 MICROSCOPIA ELETRONICA DE VAREEDURA ...54
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ...55
5.1 ENSAIO NO ESTADO FRESCO E RESULTADOS ...55
5.1.1 RESULTADOS DOS CLAA’s NO ESTADO FRESCO ...57
5.2 ENSAIO DOS CLAA’s NO ESTADO FRESCO...58
5.2.1 DETERMINAÇÃO DO ESPALHAMENTO – MÉTODO DO CONE ABRAMS...58
5.2.2 DETERMINAÇÃO DA HABILIDADE PASSANTE – MÉTODO DA CAIXA L ...59
5.2.3 DETERMNAÇÃO DA VISCOSIDADE – MÉTODO DO FUNIL V ...60
5.3 ENSAIO DO CLAA NO ESTADO ENDURECIDO ... 61
5.3.1 RESITÊNCIA A COMPRESSÃO ...61
5.3.2 RESISTÊNCIA Á TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL ...64
5.3.3 COMPARAÇÃO DOS CAA COM CLAA’s ...66
5.3.4 MASSA ESPECÍFICA, ABSORÇÃO POR IMERSÃO E ÍNDICE DE VAZIOS ...68
5.3.5 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA ...71
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS ...74
PROPOSTA DE DESENVOLVIMENTOS FUTUROS ...76
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...77
1
INTRODUÇÃO
__________________________________________
O desenvolvimento do concreto e seu aperfeiçoamento como material estrutural evoluiu em função do nível de conhecimento do homem em cada época da história. Battagin (2011), afirma que os ligantes usados pelas antigas civilizações experimentaram grande evolução até chegar ao cimento Portland como é conhecido atualmente.
Segundo Isaia (2011), o inventor formal do concreto de cimento Portland foi Joseph Aspdin, que obteve um aglomerante pela queima de calcário e argila finamente moídos, calcinados a altas temperaturas para a descarbonização dos carbonatos. Após a queima, o produto obtido (clínquer) foi novamente moído e obtido material em pó que se chamou de cimento Portland, em alusão a pedra calcária da ilha de Portland, situada no canal da Mancha.
Na atual situação, onde há falta espacial de solo resistente e com as aglomerações urbanas, a necessidade de minimizar os esforços em relação ao peso do edifício é uma tarefa urgente, pressionando as construtoras a buscar materiais alternativos com menores massas específicas e que reduzam a transferência de calor e propagação do barulho (Juradin et al., 2012).
A produção de concreto envolve um alto consumo de energia e sua demolição gera grandes quantidades de resíduos de construção (Bogas et al. 2014).
Por muito anos, o concreto era apenas como uma mistura de cimento, agregados e água, porém, nas últimas décadas, vem sendo desenvolvida novas técnicas e produtos, e o concreto está passando por constantes modificações. Segundo Pereira (2008), novos materiais vêm sendo adicionados a esses concretos, como adições e aditivos, e nos concretos leves esses componentes contribuem nas propriedades mecânicas e durabilidade dos concretos.
O concreto leve estrutural contribui por apresentar densidade baixa e alta resistência mecânica, podendo ser aplicado para fins estruturais, influenciando diretamente na economia da infraestrutura (Bogas et al., 2012). Destaca-se
ainda, a facilidade de transporte de peças, o que ocasiona numa maior produtividade que o convencional durante a etapa de execução da obra.
Concreto auto adensável que está em alta no mercado como um concreto alternativo ao convencional dentre outras tecnologias, está sendo considerado o concreto do futuro. Okamura e Ouchi (2003) destacam como principal atratividade do seu uso a facilidade de aplicação e manuseio, cuja habilidade de preencher os espaços existentes nas fôrmas e envolver as armaduras, se dá exclusivamente por meio da ação da gravidade, sem nenhuma interferência mecânica ou manual.
Segundo Vakhshouri e Nejadi (2015), como os benefícios do concreto auto adensável (CAA) estão direcionados ao estado fresco, suas propriedades no estado endurecido têm sido menos discutidas, porém, alguns estudos têm constatado o alcance de resistências superiores do CAA comparadas com a dos concretos convencionais.
Pode-se dizer que o adensamento e, portanto, a durabilidade do concreto é garantida com o uso de CAA já que o uso dele reduz o potencial do erro humano (na forma de adensamento inadequado).
Diante do cenário apresentado, entende-se a importância em trabalhar com esses dois tipos de concreto, que associados entre si, aliam menor massa específica e maior fluidez, denominado o concreto leve estrutural auto adensável, formando uma linha moderna do concreto. Porém para atingir esse comportamento, o concreto leve auto adensável necessita atender requisitos determinantes, como elevada fluidez, coesão, habilidade passante, e resistência a segregação no estado fresco, resistência a compressão adequada ao seu uso e baixa massa específica seca no estado endurecido.
Outra grande motivação para o estudo desse tema foi o trabalho desenvolvido em iniciação (Morais, 2012) em que estava entre os 50 melhores do mundo em 2011 a convite de King Abdullah University of Science & Technology para apresentar a pesquisa e participar de atividades como palestra, minicursos e workshop.
O presente trabalho se propõe a desenvolver concretos leves auto adensáveis avaliando o uso de duas granulometrias de argila expandida, que tem uso consagrado de agregado leve em concretos estruturais, em diferentes proporções, associado à adição de aditivos superplastificantes.
1.1 Objetivo
Esta pesquisa tem como objetivo produzir concretos auto adensáveis com diferentes teores de argamassa contendo agregados leves de argila expandida avaliar seu comportamento.
Os objetivos específicos desta pesquisa podem ser resumidos nos seguintes pontos, descritos abaixo:
− Avaliação do comportamento no estado fresco dos CLAA´s em função do teor de argamassa;
− Avaliação da resistência à compressão, resistência à tração dos concretos auto adensáveis;
− Análise do grau de segregação do concreto já endurecido;
− Ensaio microestrutural, com a finalidade de obter imagens da zona de transição interfacial entre a matriz de cimento e o agregado dos concretos produzidos.
2
CONCRETO LEVE
_________________________________________
2.1 Concreto e suas propriedades
Taturce, (1990) afirma que em 1845 surgiram as primeiras construções feitas em concreto armado, fazendo deste um dos materiais mais antigos da construção civil, porém foi apenas no início do século XX que começaram os estudos dos seus materiais componentes, das propriedades físicas da mistura e das especificações para o concreto.
Segundo Isaia (2011) o concreto é um dos materiais mais utilizados na construção civil. Uma das principais causas do emprego do concreto é sua constituição como material cerâmico, cuja matéria prima existe em praticamente em todos os lugares do planeta. A vantagem desse material é ser adaptável a todos os locais e circunstâncias, e tem como propriedade versatilidade, durabilidade e desempenho, proporcionam vida útil adequada às construções a um custo competitivo com os outros materiais estruturais.
Atualmente o concreto tornou-se um material essencial e indispensável para a construção civil, devido a sua importância e diversidade, ele pode ser utilizado em infinitas aplicações. Sua composição básica se faz de: areia, cimento, pedra e água, podendo-se utilizar aditivos e adições em situações específicas.
Com a intensa aplicação do concreto, os especialistas começaram a estudar mais a fundo as características dos materiais, componentes e das propriedades no seu estado fresco e endurecido, a fim de disponibilizar ao mercado técnicas e processos que permitam o desenvolvimento tecnológico atendendo as necessidades da construção. (Bauer, 2007).
2.2 Cimento Portland
Cimento Portland; Agregados;
Água.
Podendo ainda, serem adicionados outros materiais a fim de melhorar algumas de suas propriedades, os mais comuns são os incorporadores de ar, acelerados e retardadores de pega, cinzas volantes, microssílica, superplastificantes, entre outros (Borja, 2011).
Todos os cimentos Portland podem ser utilizados na confecção do CAA, só precisam atender às prescrições normativas locais, e essa escolha do cimento vai ser influenciada pelas exigências específicas do CAA (Tutikian e Dal Molin, 2015).
A produção do cimento Portland ocorre a partir do aquecimento a altas temperaturas (aproximadamente 1450ºC) da mistura de calcário e argila, ou outros materiais de comprovada reatividade compostos de sílica e cálcio, elementos primários constituintes do cimento (Mehta e Monteiro, 2014).
Os compostos argilosos contêm na sua composição alumina (Al₂Oз), óxido de ferro (Fe₂Oз) e álcalis. A presença destes elementos na composição das matérias-primas é de grande importância, pois apresentam efeito mineralizante na formação de silicatos de cálcio. Assim, o clínquer de cimento Portland é constituído essencialmente por silicatos de cálcio, aluminatos de cálcio, ferroaluminatos de cálcio e pequenas quantidades de sulfato de cálcio (Neville, 2016).
2.3 Agregado Leve
Segundo a NBR NM 35 (ABNT, 1995) são considerados agregados leves aqueles que possuem massa unitária em estado solto e seco abaixo de 1,12 g/cm³ e podem ter aplicação em diversos tipos de concreto. O que determina a leveza do agregado é sua microestrutura celular ou a sua estrutura altamente porosa (Mehta e Monteiro, 2014). Os agregados leves podem ser classificados de duas formas quanto a sua origem, naturais ou artificiais (Rossignolo, 2009).
Na Figura 1 é apresentado alguns exemplos de agregados leves e suas possíveis utilizações.
Figura 1: Classificação dos agregados leves
Fonte: Pereira (2012).
Segundo Gomes Neto (1998 apud ROSSIGNOLO, 2009) a expansão das matérias-primas naturais pode ser obtida, basicamente, através de dois processos industriais: sinterização ou forno rotativo. De acordo com Moravia (2007), argila expandida “é o produto obtido por aquecimento de alguns tipos de materiais na temperatura em torno de 1200ºC”.
A sinterização consiste num processo onde a matéria-prima é misturada com uma quantidade de combustível (coque ou carvão moído) é submetido a altas temperaturas utilizando-se uma grelha móvel, ocorrendo a expansão do material devido a formação dos gases, formando um clínquer irregular com aresta vivas, que deve ser britado para se adequar ao uso em concretos. Não tem recobrimento e tem poros abertos o que faz com que o produto absorva mais água. A massa unitária desses agregados fica entre 650 k/m³ e 900 kg/m³.
O processo de fornos rotativos aproveita a característica que alguns materiais têm de se expandir quando expostos à altas temperaturas, como é o caso das argilas. Essas quando expostas a temperaturas entre 1000ºC e 1350ºC, tem parte de seus componentes fundidos formando uma massa viscosa, enquanto outras partes se decompõem quimicamente formando gases que são incorporados, expandindo o seu tamanho em até sete vezes. As partículas formadas nesse processo têm sua superfície vitrificada. Os gases incorporados deixam a estrutura das partículas porosas mesmo após o resfriamento. Nesse
processo o agregado produzido é de granulometria variada de forma arredondada, regular e de baixa permeabilidade. Com a denominação de “encapado” (Rossignolo, 2009).
Santos, et al. (1986), descreve o processo de fabricação da argila expandida em forno rotativo resumido em oito etapas (Figura 2):
1. Homogeneização: a matéria prima é inserida em um depósito para homogeneização;
2. Desintegração: os torrões de argila são reduzidos a um diâmetro máximo de cinco centímetros;
3. Mistura e nova homogeneização: com a finalidade de deixar a argila em uma trabalhabilidade adequada. Água e aditivos são adicionados para melhorar a plasticidade e aumentar a sua expansão;
4. Laminação: é o processo onde a mistura passa por cilindros que selecionam e eliminam os torrões maiores que cinco milímetros; 5. Pelotização: o material é forçado contra uma placa perfurada com orifícios circulares, e são cortados por uma lâmina rotativa;
6. Secagem e queima: é a parte mais importante do processo, que ocorre no forno rotativo. Na zona de combustão, o forno atinge a temperatura prevista para expansão das esferas, geralmente entre 1000°C e 1350°C, resultando nas esferas de argilas secas.
7. Resfriamento: na saída do forno é utilizado um cilindro, onde é soprado ar por ventiladores;
8. Classificação e estocagem final: os agregados leves são separados em peneiras vibratórias e armazenados para comercialização. (Rossignolo, 2009).
Figura 2: Forno Rotativo
Fonte: https://portuguese.alibaba.com/product-detail/lightweight-expanded-clay-aggregate-leca-production-line-1783606702.html, acesso 26/09/2017
A diferença entre as argilas produzidas pelos dois métodos, de forno rotativo e sinterização, pode ser observada na Figura 3.
Figura 3: Micrografia dos agregados produzidos por sinterização e forno rotativo
Fonte: Rossignolo (2009).
As argilas expandidas absorvem elevadas quantidades de água devido sua porosidade e isso afeta sua trabalhabilidade, a zona de transição (pasta-agregado) e a resistência do concreto. Porém depende da porosidade total do agregado, conexão entre os poros e se o agregado esteve umedecido antes da mistura, para influenciar a quantidade de água absorvida e a velocidade com que ela é absorvida. Devido a essa alta absorção de água é difícil estimar o volume de água necessário na mistura, pois aumentando a água na mistura o concreto tem a tendência de segregar e o agregado flutuar devido ao seu peso (Vakhshouri e Nejadi, 2015). Por isso recomenda-se uma pré-umidificação dos agregados leves para evitar o prejuízo na trabalhabilidade do concreto fresco (Gomes et al 2014).
2.3.1 Argila expandida nacional
A argila expandida é o único agregado leve produzido no Brasil. É produzida pela empresa CINEXPLAN Indústria e Comércio Ltda, localizada na cidade de Várzea Paulista conforme Figura 4.
Figura 4: Fábrica Cinexpan
A maior parte da produção é destinada a construção civil, com cerca de 60%, os outros 40% são absorvidos por setores como, paisagismo, refratários e outros. Os agregados usualmente empregados em concretos estruturais são denominados comercialmente como Cinexpan 0500, Cinexpan 1506 e Cinexpan 2215, ilustrados na Figura 5.
Figura 5: Granulometria da Argila.
Fonte: Cinexpan
2.3.2 Características do agregado leve
Os agregados leves apresentam algumas características que influenciam o comportamento dos concretos produzidos. Rossignolo (2009) destaca algumas destas características:
a) A forma e a textura superficial: influencia diretamente na resistência mecânica dos concretos, pois estão relacionadas ao consumo de água necessária para obter a trabalhabilidade. No processo de fabricação por sinterização, o agregado resultante desse processo apresenta superfície rugosa e porosa, com formas angulosas, apresenta uma melhor aderência, mas também aumenta o consumo da pasta de cimento, aumentando também a massa específica do concreto, absorvendo muita água, fazendo-se necessária um aumento de água na mistura para melhorar a trabalhabilidade. Já os agregados produzidos em fornos rotativos, apresentam uma superfície mais lisa e formato arredondado, o que diminui a absorção de água, tem uma melhor trabalhabilidade com baixo fator água/cimento, porém o formato esférico também acaba facilitando a segregação.
b) A porosidade e absorção de água: características ligadas entre si e que juntas causam efeitos nas propriedades do concreto fresco. A alta absorção de água pelo agregado leve pode aumentar a retração por secagem, a formação de excesso de bolhas de ar, aumento da massa específica e reduz a resistência ao
fogo, apesar disso pode trazer melhorias na zona de transição e na cura interna do concreto.
Tabela 1 está apresentado os resultados da análise química deste agregado.
Tabela 1: Resultados da análise química do agregado leve.
Composto % SiO₂ 62,3 AL₂Oз 17,7 Fe₂Oз 10,3 MgO 2,8 K₂O 4,1 TiO₂ 1,0 PF 0,7 Fonte: Rossignolo (2009).
A composição granulométrica da argila expandida está sendo mostrada na Tabela 2, onde os agregados são produzidos em diversas faixas granulométricas para atender a construção civil, a indústria têxtil, e o setor de jardinagem.
Tabela 2: Composição granulométrica da argila expandida brasileira.
Abertura da peneira (mm)
Cinexpan 0500 Cinexpan 1506 Cinexpan 2215 % retida e acumulada % retida e acumulada % retida e acumulada 19 0 0 8 12,5 0 31 96 9,5 0 75 97 6,3 0 93 97 4,8 10 99 98 2,4 42 99 98 1,2 61 99 98 0,6 80 99 99 0,3 92 99 99 Resíduo 100 100 100 Dim. Máx. Caract. 4,8mm 12,5mm 19,5mm Fonte: NBR 248 (2003).
Nas Tabelas 3 e 4 apresentam os valores de absorção de água e valores de algumas características e propriedades dos três tipos de argila expandida usualmente empregadas em concretos estruturais. Esses valores são indicativos podendo apresentar alterações em função das especificidades dos lotes produzidos.
Tabela 3: Absorção de água da argila expandida brasileira.
Tempo Absorção de água (%) (em massa)
Cinexpan 0500 Cinexpan 1506 Cinexpan 2215
30 min 1,8 2,7 4,0
1 hora 2,7 3,5 5,0
1 dia 6,0 7,0 10,3
Fonte: Rossignolo (2009).
Tabela 4: Propriedades e características da argila expandida brasileira.
Características/Propriedades Cinexpan 0500 Cinexpan 1506 Cinexpan 2215
Massa específica (Kg/dm³) 1,51 1,11 0,64
Massa unitária no estado seco
e solto (Kg/dm³) 0,86 0,59 0,47
Módulo de deformação (GPa) 18,20 9,90 3,30
Fonte: Rossignolo (2009).
2.4 Concreto leve
O concreto leve está sendo aplicado por setores da construção civil, como as edificações pré-fabricadas. As principais vantagens na utilização desse material são a diminuição da massa específica do concreto, redução de esforços estruturais, economia de formas e redução de custos com transporte e montagem (Rossignolo, 2009).
O concreto pode ser classificado em três grandes categorias com base em sua massa específica, segundo Mehta e Monteiro (2014):
Concreto normal, com 2400 kg/m³, composto por areia natural e pedregulhos ou agregados britados, é o mais comum usado para estruturas;
Com massa específica abaixo de 1800 kg/m³, são chamados de concretos leves, e mais utilizados para peças que necessitam e priorizam a leveza, podendo ser compostos por agregados leves, naturais ou sintéticos;
Os concretos pesados, são denominados por sua densidade superiores a 3200 kg/m³, sendo usado em estruturas que necessitam de grande massa, como as utilizadas para blindagem contra radiação. São formados por agregados de alta densidade composto basicamente de dois minerais de bário, vários de ferro e um de titânio.
Segundo Rossignolo (2009), o concreto leve estrutural é formado pela substituição parcial ou total dos agregados convencionais por agregados leves e definido por apresentar uma massa específica aparente abaixo de 2000 kg/m³. Segundo Mehta e Monteiro (2014), o principal critério avaliado na definição de concreto leve é a densidade e não a resistência, dessa forma as especificações limitam a massa específica máxima permissível para o concreto. Diferentes especificações trazem diferentes limites de massa específica variando entre 1680 kg/m³ e 2000 kg/m³ para ser classificado como concretos leves.
A ABNT NBR 35:1995 - Agregados leves para concreto estrutural apresenta os valores mínimos de resistência à compressão em função da massa específica aparente, apresentados na Tabela 5.
Tabela 5: Valores mínimos de resistência à compressão em função da massa
específica aparente para concreto leve estrutural.
Resistência à compressão aos 28 dias
(MPa) – Valores mínimos
Massa específica aparente (kg/m³) – Valores mínimos
28 1840
21 1760
17 1680
Fonte: ABNT NBR 35:1995.
O concreto leve pode ser fabricado de algumas maneiras. Dessas podem ser identificados três principais tipos:
O primeiro tipo é o concreto produzido com agregado leve com a substituição total ou parcial do agregado convencional pelo agregado leve, e pode ser usado como concreto estrutural ou não estrutural. Quando não tem a função estrutural é usado para vedação ou isolante térmico. Neville (2016) afirma que estes são os únicos concretos leves que dependendo de agregado e da dosagem, podem atingir resistências para fins estruturais;
O segundo tipo de concreto leve é conhecido como concreto aerado, espumoso ou concreto com gás, produzidos com produtos que agem introduzindo grandes quantidades de vazios dentro da mistura cimentícia. Maycaet. al. (2009) questiona essa denominação porque embora aceita e bastante
usual, o resultado não seja propriamente um concreto, e sim uma argamassa, que é usado apenas como um material de enchimento ou componente de
alvenaria, apesar de existir registros de agregados leves inseridos a este tipo de concreto.
O terceiro tipo de concreto leve é denominado concreto de baixa densidade, em que se utiliza apenas agregados graúdos leves, o que gera grande números de vazios intersticiais, também chamado sem finos. Utilizados para fabricação de painéis divisórios.2.4.1 Histórico
Segundo Rossignolo (2009), pré-colombianos utilizavam para construir elementos estruturais uma mistura de pedra-pome com um ligante a base de cinzas vulcânicas e cal. Os primeiros indícios da utilização desse tipo de concreto leve foi na região da cidade de El Tajin (Figura 6), localizando-se no México. Porém as aplicações mais conhecidas foram feitas pelos romanos, com concretos feitos de cal e rochas vulcânicas, nos períodos da República Romana, Império Romano e Império Bizantino, compreendidos entre os anos de 509 a.C. e 1453 d.C. As obras mais importantes feitas pelos romanos, com concreto leve são:
- As quatro estruturas de ancoradouro que resistem até hoje no porto de Cosa (273 a.C.), que hoje encontra-se inoperante devido ao assoreamento;
- As diversas paredes e as fundações do Coliseu romano (75 a 80 a.C); - A cúpula do Panteão de Roma (125 a.C.) (Figura 6), com um perfeito estado de conservação;
- A Catedral de Santa Sofia em Istambul na Turquia (532 a 537 d.C.). Com a queda do Império Romano, a utilização do concreto com agregado leve foi muito limitada, tendo novo impulso no início do século XX com a produção de agregados leves artificiais.
Figura 6: Estruturas de concreto leve, Cúpula de Panteão; El Tajin
Fonte: Lima, 2010
Stephen J. Hayde, em 1918 patenteou o processo de fabricação de agregados leves de pequenas partículas de xisto, de argila e de ardósia, pelo aquecimento em forno rotativo, os denominados de Haydite, o processo foi resultado de observação em sua fábrica de tijolos, foi observado que quando os tijolos passavam por um processo de aquecimento muito rápido eles se expandiam e deformavam. Estes agregados leves foram utilizados na produção de concretos para fabricação de navios durante a Primeira e Segunda Guerra Mundial, (Figura 7). No Brasil, os agregados leves (argila expandida) começaram a ser produzidos em 1968, pelo o Grupo Rabello, a fábrica Cinasita que forneciam estes agregados para outra empresa do grupo que fazia construções pré-moldadas. Desde então, a argila expandida passou a ser utilizada em diversos ramos da construção civil nacional (Rossignolo, 2009).
Figura 7: Navio USS Selma, construído em 1919.
3
CONCRETO AUTO ADENSÁVEL
__________________________________________
3.1 Desenvolvimento, definições e vantagens do CAA
Para Tutikian e Dal Molin (2015), o concreto convencional (CCV) é o material da construção civil mais utilizado no mundo, mais não se pode nos ater somente no estudo deste concreto, as exigências do mercado e as técnicas construtivas demandam concretos com características especiais, como os concretos de alta resistência, de alto desempenho, com fibras, altos teores de adições pozolânicas, aparentes, translúcidos, coloridos entre outros.
Em 1988 surgiu em Tóquio, Japão os primeiros estudos sobre o concreto auto adensável (CAA) e foram conduzidos pelo professor Hajime Okamura. Este concreto surgiu da necessidade de eliminar ou minimizar as falhas nos processos de adensamento, pela complexidade das estruturas executadas, somada à falta de mão de obra qualificada para execução dos elementos estruturais. Estes fatos comprometiam a qualidade e durabilidade das estruturas de concreto (Okamura; Ouchi, 1998).
O CAA é um avanço tecnológico com grande potencial de desenvolvimento, uma vez que as características desse concreto promovem diferentes propriedades e com isso novas oportunidades (Manuel, 2005).
Hoje ainda se pode constatar que o domínio da tecnologia em volta do CAA é bastante restrito sendo que, apenas alguns poucos países têm algum domínio e pesquisa sobre o assunto, como o Japão, a Suécia, o Reino Unido, a Holanda, a França, a Dinamarca, o Canadá e a Tailândia (Vakhshouri e Nejadi, 2015).
Metha e Monteiro (2014), definem concreto auto adensável como o concreto fluido que pode ser aplicado in loco sem a utilização de vibradores para formar um produto livre de vazios (sem espaços não preenchidos no interior da forma) e falhas (sem ar aprisionado), apenas com a ajuda da gravidade. Como
não precisa de dispositivo externo para compactação minimiza a poluição sonora nos locais de trabalho (Vivek e Dhinakaran, 2017).
Segundo Gomes (2002), pode-se definir CAA como um concreto que pode ser adensado em todo canto de uma forma e é capaz de preenchê-la totalmente só pela atuação de seu peso próprio, alcançando um adensamento que não afete de forma negativa a resistência e durabilidade desejadas, mesmo em estruturas com alta complexidade e densidade de armaduras, sem a necessidade de utilização de equipamentos para adensá-lo.
Manuel (2005) define que para um concreto ser caracterizado como auto adensável deve apresentar as seguintes três propriedades:
− Habilidade de fluir: a habilidade de preencher todas as áreas de uma fôrma mesmo em espaços estreitos apenas sob a ação do seu peso próprio, sem que nenhuma vibração mecânica externa seja exercida;
− Habilidade passante: habilidade do concreto em passar através do espaçamento congestionado com armaduras, sem separação dos materiais e sem bloqueio (passar livremente pelas barras de aço);
− Resistência à segregação: habilidade de manter a mistura sempre homogêneo, sem que o agregado fique suspenso, separado na mistura.
Para manter essas características, essa homogeneidade depende da viscosidade plástica e da tensão de escoamento, onde estas são determinadas pelo proporcionamento da mistura, pelo tipo e quantidade de aditivo superplastificante, pelo teor de finos e pela distribuição granulométrica dos materiais. (Yung et al., 2013).
O concreto auto adensável é dosado de modo a apresentar fluidez, viscosidade e resistência a segregação suficiente para preencher todos os espaços vazios dos moldes onde será lançado, sem que haja aplicação de energia mecânica, principalmente em estruturas densamente armadas ou de difícil acesso. Outra vantagem observada na utilização deste material é a capacidade de incorporar finos pozolânicos como metacaulim e sílica ativa ou fíler como resíduos minerais (Monteiro, 1993).
Devido as características do CAA sua aplicação é utilizada em locais onde há dificuldades do adensamento. Sua aplicação apresenta grandes vantagens em obras, uma vez que aumenta a velocidade de construção, e pode também ser utilizado em recuperação de estruturas e em obras de reforço. (Okamura; Ouchi, 2003; Tutikian 2007).
Segundo Akinpelu et al (2017) o uso do CAA se deve ao fato das inúmeras vantagens:
Acelera a construção;
Reduz a mão de obra no canteiro; Melhora o acabamento da superfície;
Pode aumentar a durabilidade por ser mais fácil de adensar reduzindo as imperfeições;
Permite concretagem em peças de seções reduzidas e grande quantidade de armadura;
Elimina o uso de vibradores;
Torna o local de trabalho mais seguro porque diminui o número de trabalhadores.
O CAA necessita de maior controle tecnológico para sua produção, uma vez que o material emprega grande proporção de finos, o que pode provocar o fenômeno da exsudação, acarretando na separação da água da mistura e afundamento dos agregados, o que provoca perda da resistência na superfície superior e até mesmo exposição das armaduras (Repette, 2008), este é um dos grandes problemas relacionado ao CAA.
Por meio de uma pesquisa bibliográfica, se constatou que existe uma grande variação de valores de teor de argamassa para composição do CAA, em publicações internacionais e nacionais, chegando a uma oscilação de 55,9% até 79,8%, onde nesse maior teor utilizavam-se a inclusão de fibras, o que o fez ser descartado utilizando como máximo teor de 75%. A Tabela 6 demonstra a variação de argamassa para CAA encontrada na literatura.
Tabela 6: Variação de teores de argamassa na produção do CAA.
AUTOR TEOR DE ARGAMASSA INDICADO EM %
Ravindrarajah et al 58,8 Zhu e Bartos 64,5 Ho et al 61,6 Nunes 64,0 Lisbôa 63,0 Takada 61,2 Ferreira 56,6 Tutikian 53,5 Gomes 67,1 Djelal et al 60,3 Corinadelsi e Moriconi 79,8 Poon e Ho 67,0 Sonebi 57,9 Grunewald e Walraven 55,9 Han e Yao 60,7 Xie et al 58,1 Ouchi et al 70,9 Fonte: MANUEL, 2005
Diante da variação de teor de argamassa encontrados em publicações nacionais e internacionais, a proposta de analisar as alterações das características do concreto auto adensável a partir da variação do teor de argamassa e com base nisso conseguir determinar o teor de argamassa que acarrete mais vantagens para a produção do CAA considerando o consumo fatores econômicos e técnicos.
3.2 Utilização
O concreto auto adensável pode ser aplicado nas mesmas estruturas em que o concreto convencional é usado, porém devido ao seu alto valor agregado, normalmente ele é utilizado em estruturas que apresentam muitas armaduras ou dificuldades no adensamento do concreto por vibração mecânica.
São poucas as citações da utilização do CAA em obras de engenharia. A Figura 8 apresenta alguns casos em que houve a utilização do CAA devido à complexidade das estruturas e a dificuldade da utilização do concreto convencional.
Segundo Okamura (1997) e Tutikian (2004) o exemplo de utilização do CAA são as ancoragens da ponte Akashi-Kaikyo, aberta em abril de 1998. Esta
ponte na data de sua abertura possuía um vão de 1991 metros, o que lhe conferia o título de maior vão do mundo. Foram utilizados cerca de 290.000 m³ de CAA.
Figura 8: Detalhe do pilar de ancoragem da Ponte Akashi-Kaikyo, utilizando o CAA
Fonte: http://www.bridgemeister.com/pic.php?pid=996 acesso 29/09/17 as 13:52
A com a utilização do CAA a obra foi concluída em 2 anos, quando o previsto era de 2,5 anos, uma economia estimada de 20% do tempo comparando com o concreto convencional. Outro fator que colaborou para a utilização do CAA foi à alta taxa de armadura e a grande dificuldade de adensamento do concreto devido à hostilidade do meio.
No Brasil pode-se citar a grande concretagem utilizando CAA na obra realizada pela construtora Arcel Engenharia LTDA, com fornecimento do concreto pela Realmix Concreto LTDA, realizada em Goiás, Figuras 9 e 10.
Figura 9: Vista geral de obra realizada em Goiânia executada com CAA.
Figura 10: Concretagem de laje utilizando CAA.
Fonte: Arcel Engenharia LTDA.
3.3 Ensaios para avaliar as propriedades do CAA no estado
fresco
Como o adensamento desse concreto não depende da ação humana, a trabalhabilidade do CAA no estado fresco é essencial para a aplicação correta, mais não é possível uma correção no local. Por isso a necessidade do uso de equipamentos para medir a trabalhabilidade (Tutikian e Dal Molin, 2015).
O concreto para ser classificado com auto adensável deve ser capaz de fluir entre as armaduras, preencher os vazios das formas sem necessidade de vibração mecânica além de apresentar boa resistência a segregação, não ocorrendo falhas nas concretagens ou bolhas de ar.
3.3.1 Determinação do espalhamento e do tempo de escoamento –
método do cone de Abrams (“Slump Flow Test”)
A habilidade de preenchimento do CAA á avaliada por meio do ensaio de espalhamento (slump flow test), medindo a capacidade de fluidez do CAA sem segregar. O equipamento utilizado consiste de um tronco metálico aberto em ambas as extremidades (cone de Abrams) e uma placa metálica quadrada, onde o molde é apoiado.
O equipamento utilizado é o mesmo utilizado para a determinação no ensaio de abatimento do tronco cone, uma base de 1000x1000 mm lisa com a marcação de três círculos concêntricos a partir do centro da placa medindo cada
um deles 100, 200 e 500 mm, sendo que os dois primeiros são utilizados para o posicionamento do cone e o último para determinação do t500.
Dentre os ensaios do CAA o de espalhamento é um dos mais simples, portanto facilmente executado em obra. Neste procedimento pode-se verificar certa facilidade na execução, uma vez que é rápido e os equipamentos são simples. Este ensaio permite uma avaliação visual da segregação.
O adensamento do concreto dentro do molde, devidamente posicionado sobre o centro de uma base plana, se dá exclusivamente pela força da gravidade.
Após o preenchimento, o molde é levantado e o concreto flui livremente. O resultado do ensaio é a média da medida de dois diâmetros perpendiculares do círculo formado pela massa de concreto (Figura 11).
Figura 11: Equipamento tronco-cônico e base plana para ensaio slump-flow, de acordo
com a ABNT NBR 15823-1:2010
Fonte: Manuel (2005)
Para a classificação do concreto utiliza-se os dados da NBR 15823-1:2010 segundo a Tabela 7.
Tabela 7: Classes de espalhamento (slump-flow).
Classe Espalhamento (mm)
SF 1 550 a 650
SF 2 660 a 750
SF 3 760 a 850
Fonte: ABNT NBR 15823 – 2, Rio de Janeiro, 2010.
No que se refere a especificação de uma classe de espalhamento do CAA, a ABNT NBR 15823-1:2010 sugere que esta seja feita de acordo com a aplicação pretendida, conforme Tabela 8.
Tabela 8: Classes de espalhamento do CAA em função de sua aplicação.
Classe de espalhamento Aplicação Exemplo
SF 1
Estruturas não armadas ou com baixa taxa de armadura, cuja concretagem é realizada a partir do ponto mais alto com deslocamento livre. Concreto auto adensável bombeado. Estruturas que exigem curta distância de espalhamento horizontal.
Laje, revestimento de túneis, estacas e certas fundações profundas.
SF 2 Adequado para a maioria das aplicações. Paredes, vigas, pilares e
outras.
SF 3
Estruturas com alta densidade de armadura e/ou forma arquitetônica complexa, com uso de agregado graúdo de pequenas dimensões (menor que 12,5 mm).
Pilares-parede, paredes-diafragma e pilares.
Fonte: ABNT NBR 15823 – 2, Rio de Janeiro, 2010.
3.3.2 Determinação da viscosidade – Método do funil V
Este ensaio é bastante simples de ser executado, utiliza um molde em forma de funil, conforme Figura 12, podendo ser feito em acrílico ou metal.
O ensaio do funil V avalia a capacidade do concreto auto adensável de passar por seções estreitas, este equipamento mede a viscosidade plástica aparente, sob fluxo confinado, através da fluidez do concreto. O ensaio consiste em medir o tempo que uma amostra leva para escoar totalmente pelo funil. Também pode-se avaliar a tendência à segregação e bloqueio por meio da observação da variação da velocidade de fluxo.
O aparelho utilizado neste ensaio é composto por um funil em forma de V retangular com uma porta na parte inferior que pode ser deslizante ou com dobradiça, para que mantenha o concreto no interior do aparelho até o início do ensaio.
O equipamento deve estar suspenso, para que assim o concreto possa fluir e seja possível executar o ensaio. É recomendável realizá-la por dois operadores, pois há necessidade de acionar o cronômetro no momento em que a porta for aberta. Assim como nos demais ensaios, o equipamento deve estar em um local firme e nivelado e deve ser umedecido antes do início da atividade, para que a água do concreto não seja absorvida pelo equipamento.
Com uma concha côncava, deve-se encher o funil com concreto coletado e deixar que o concreto se compacte apenas com a força da gravidade, sem
qualquer interferência mecânica de vibração. Nivela-se o topo do aparelho para retirar qualquer excesso de concreto. Abre-se a porta do funil, permitindo um fluxo continuo apenas sob a ação da gravidade. O tempo que o concreto leva para esvaziar completamente o funil é o resultado do ensaio.
Figura 12: Equipamento para o ensaio de viscosidade Funil V com medidas em milímetros.
Fonte: ABNT NBR 15823 – 5:2010
Um concreto é considerado auto adensável quando o tempo de escoamento se enquadrar com os valores na Tabela 9:
Tabela 9: Classe de viscosidade plástica aparente
Classe Funil V (seg)
VF 1 < 9
VF 2 9 a 25
Fonte: ABNT NBR 15823 – 5:2010
A ABNT NBR 15823-1:2010 recomenda que a especificação da viscosidade plástica aparente seja feita de acordo com a aplicação pretendida para o CAA. Na Tabela 10 são apresentadas as recomendações de aplicação do CAA conforme a classe de viscosidade plástica aparente.
Tabela 10: Classes de viscosidade plástica aparente do CAA em função de sua
aplicação.
Classe de viscosidade Aplicação Exemplo
VS 1 ou VF 1
Adequado para elementos estruturais com alta densidade de armadura e embutidos, mas exige controle da exsudação e da segregação. Concretagens realizadas a partir do ponto mais alto com deslocamento livre.
Laje, paredes - diagrama, pilares, indústria de pré-moldados e concreto aparente.
VS 2 ou VF 2
Adequado para a maioria das aplicações correntes. Apresenta efeito tixotrópico que acarreta menor pressão sobre as fôrmas e melhor resistência à segregação. Efeitos negativos podem ser obtidos com relação à superfície de acabamento (ar aprisionado), no preenchimento de cantos e suscetibilidade a interrupções ou demora entre sucessivas camadas.
Vigas, pilares e outras.
Fonte: ABNT NBR 15823-1:2010
3.3.3 Determinação da habilidade passante – Método da caixa L
A habilidade passante reflete a capacidade do CAA fluir sob ação do seu próprio peso, sem perder a uniformidade ou causar bloqueio, através dos espaços confinados, como áreas densamente armadas e embutidos. A caixa L informa a capacidade de o concreto no estado fresco passar por espaços estreitos, além da capacidade de preenchimento e também serve para observar se há segregação do concreto (quando há bloqueio na abertura inferior onde barras de aço que simulam a situação real de concretagem estão fixadas).
O equipamento consiste em uma caixa em forma de “L” que pode ser feita de madeira, metal ou acrílico. Essa caixa é constituída por um depósito vertical com uma abertura, controlada por uma comporta e um canal horizontal. Atrás da comporta são colocadas barras de ferro que simulam a armadura real de uma estrutura, conforme mostra a Figura 13.
Figura 13: Equipamento utilizado para determinação da habilidade passante (Caixa L)
O ensaio utiliza-se de uma caixa composta de dois compartimentos, um vertical e outro horizontal, onde se preenche o compartimento vertical com concreto e depois se libera a sua passagem para o horizontal, passando por um conjunto de 3 barras 12,5 mm, e ao término do escoamento da massa de concreto se mede as alturas da mistura no trecho vertical (H1) e no trecho horizontal (H2), a razão entre as duas é o resultado do ensaio.
Segundo a norma ABNT NBR 15823 - 4:2010, na Tabela 11 pode-se conferir a classe de espalhamento pré-estabelecidos.
Tabela 11: Classes de habilidade passante caixa L (sob fluxo confinado).
Classe Caixa L (H₂/H₁)
PL 1 ≥ 0,80 com duas barras de aço
PL 2 ≥ 0,80 com três barras de aço
Fonte: ABNT NBR 15823 – 1: 2010.
Os ensaios de espalhamento e viscosidade plástica aparente, a ABNT NBR 15823-1:2010 apresenta recomendações acerca da especificação da classe de habilidade passante do CAA. Tais recomendações são apresentadas na Tabela 12.
Tabela 12: Classes de habilidade passante do CAA em função de sua aplicação. Classe de
habilidade passante
Caixa L
(H2/H1) Aplicação Exemplo
PL 1 ≥ 0,80 com duas barras
de aço
Adequada para elementos
estruturais com espaçamento de armadura de 80 a 100 mm Laje, painéis, elementos de fundação PL 2 ≥ 0,80 com três barras de aço
Adequada para a maioria das
aplicações correntes.
Elementos estruturais com espaçamento de armaduras de 60 a 80 mm Vigas, pilares, tirantes, indústrias de pré-moldados Fonte: ABNT NBR 15823 – 1:2010.
3.4 Microestrutura
É importante além de conhecer e controlar a microestrutura da pasta de cimento para melhorar as propriedades do concreto, é importante realizar
estudos que abordem a melhoria da qualidade da zona de transição entre agregado e pasta de cimento. (Borja, 2011).
Segundo Rossignolo (2009) há uma forte relação entre a espessura e a qualidade da zona de transição, com algumas propriedades do concreto, influenciando a resistência mecânica, módulo de deformação e mecanismo de propagação de fissuras.
A resistência da pasta de cimento será maior quanto mais compacta for à pasta e quanto menos cristalinos forem os produtos de hidratação. Dessa forma, a zona de transição apresenta resistência mecânica mais baixa do que a da pasta de cimento (Golewski et al., 2014).
Metha e Monteiro (2014) afirmam que os grandes cristais de hidróxido de cálcio, a presença de microfissuras do concreto e o elevado volume de poros são os fatores que mais influenciam na baixa resistência mecânica da zona de transição entre o agregado e a pasta de cimento.
A redução da espessura da zona de transição pode ser realizada por meio da utilização de adições minerais, como a sílica ativa, e ser explicada por diversos fatores, como, menor permeabilidade do concreto fresco, menor acúmulo de água de exsudação na superfície do agregado; presença de vários núcleos de cristalização que contribuem para a formação de cristais menores de hidróxido de cálcio e com menor tendência de cristalização em orientações preferenciais; e, a gradual densificação do sistema dos produtos de hidratação por meio de ações pozolânicas lentas entre o hidróxido de cálcio e a adição mineral. (Yung et al. 2013).
Segundo Rossignolo (2009) nos concretos com agregados leves produzidos nos fornos rotativos, ocorre a redução da espessura da zona de transição mostrado na Figura 14, em função da absorção da diminuição da relação água/cimento da pasta nessa região, ocasionada pela absorção de água do agregado. Esse efeito “filtragem” ou “densificação” como é denominado por alguns pesquisadores.
Figura 14: Zona de transição
A) Concreto auto adensável convencional B) Concreto leve auto adensável
FF FF
Fonte: A) Metha e Monteiro (2014)
3.4.1 Análise por meio da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)
Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) é uma técnica em que uma pequena região da amostra é atingida por um feixe de elétrons, e são gerados diferentes sinais, como elétrons secundários e elétrons retroespalhados, dentre outros, conforme Figura 15 mostra o equipamento utilizado. Essas respostas podem ser detectadas independentemente e, depois de transformadas em sinais elétricos, permite a aquisição de imagens de superfície, composição de fases e análise composicional (Rossignolo, 2009).
Estes elétrons secundários são partículas de baixa energia resultantes de uma colisão inelástica de elétrons primários do feixe emitido com elétrons da amostra. Seu registro possibilita a caracterização da topografia da amostra, com identificação do tamanho e textura superficial.
Os elétrons retroespalhados, por sua vez, são partículas de alta energia espalhados pela amostra. Neste caso, a imagem é formada pelo contraste devido aos números atômicos das diferentes fases que compõem a amostra (Rossignolo, 2003; Borja, 2011).
Figura 15: Equipamento utilizado para realização de Microscopia eletrônica de
Varredura
Fonte: Instituto de Física, Laboratório de Filmes Finos, Universidade São Paulo. Disponível em:
http://fap01.if.usp.br/~lff/mev.html acesso 15 de dezembro de 2016
Borja (2011) e Angelin et al (2017) afirmam a importância para que sejam realizados estudos para a melhoria e qualidade da zona de transição entre pasta e agregado, visando à melhoria de algumas propriedades do concreto e controle da microestrutura da pasta de cimento.
4
DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL
__________________________________________
A parte experimental desta pesquisa foi composta por três principais etapas, que foram: a) caracterização dos materiais, b) produção dos concretos e, c) realização dos ensaios.
Foram desenvolvidas etapas de estudos experimentais neste trabalho para alcançar os objetivos. Em primeiro foi feito a seleção dos materiais de partida das misturas, a elaboração do proporcionamento dos materiais para concreto leve auto adensável (CLAA), a produção dos concretos com dois tipos de argila expandida como agregado graúdo e a determinação das propriedades dos concretos no estado fresco e endurecido, a Figura 16 apresenta o fluxograma experimental.
Baseado nos ensaios realizados por Borja (2011) foi desenvolvida a metodologia usada para elaboração da dosagem inicial para, verificando sua validade por meio das propriedades físicas e mecânicas. As dosagens estudadas tiveram variações, em termos percentuais, da quantidade de cada tipo de argila expandida (C0500 e C1506), variações nas quantidades de areia e superplastificante, mantendo-se constante a quantidade de cimento, sílica ativa e água.
A avaliação dos concretos leves auto adensáveis (CLAA) foi realizada por meio da caracterização dos concretos no estado fresco e, ainda, foram moldados, para cada traço desenvolvido, 15 corpos-de-prova cilíndricos de 100 mm de diâmetro e 200 mm de altura, posteriormente ensaiados aos 7 e 28 dias. Foram utilizados 6 corpos-de-prova para o ensaio de resistência à compressão axial (ABNT 5739:2007), 6 corpos-de-prova para o ensaio de resistência à tração por compressão diametral (ABNT NBR 7222:2011), 3 corpos-de-prova para o ensaio de Massa especifica, Absorção por imersão Índices de vazios (ABNT BR 9778:2009).
Na Tabela 13 apresenta de forma detalhada os ensaios adotados para caracterização dos concretos.
Tabela 13: Ensaios realizados nos concretos CLAA.
Ensaios CLAA Norma
Fresco
Slump Flower Test X
ABNT NBR 15823:2010 Funil "V" X ABNT NBR 15823:2010 Caixa "L" X ABNT NBR 15823:2010 Endurecido
Resistência a Tração X ABNT NBR 7222:2008
Resistência a compressão X ABNT NBR 5739:2007
Massa especifica Absorção por imersão
Índices de vazios
Figura 16: Fluxograma Experimental
MATERIAIS UTILIZADOS
1.Cimento 2. Sílica 3. Areia 4. Cinexpan 0500 5. Cinexpan 1506 6. Aditivo
ENSAIOS Granulometria ³ ⁴ ⁵ ME ¹⁻⁷ MU ¹ ³ ⁴ ⁵ Absorção ³ ⁴ CONCRETO E NSAIO S Físicos Índice de Consistência Caixa “L” Funil “V” Mecânicos Resistência a Compressão Resistência à Tração
Massa específica, índice de vazios, absorção por imersão
4.1 Materiais
Os materiais utilizados nesta pesquisa foram caracterizados por meio de ensaios físicos e químicos seguindo às prescrições da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT).
4.1.2 Cimento Portland
O Cimento escolhido para a produção do concreto foi o Cimento Portland CP V ARI da fabricante Holcin Brasil, com massa específica (ABNT NBR 23:2001) de 3,07 kg/dmᵌ. Este tipo de cimento é bastante utilizado na fabricação de concreto, pois permite que o mesmo alcance alta resistências nos primeiros dias. A Tabela 14 apresenta as características e propriedades desse cimento de acordo com o fabricante.
Tabela 14: Propriedades físicas e químicas do CPV ARI.
Características e Propriedades Unidade CPV ARI
Massa específica (ABNT NBR 23:2001) Kg/dmᵌ 3,07 Massa unitária no estado solto (ABNT NBR
45:2006) Kg/dmᵌ 1,03 Tempo de pega (ABNT NBR 65:2003) Início Min 130 Fim Min 210 Resistência à compressão (fcj) (ABNT NBR 7215:1997) 1 dia Mpa 27,5 3 dias Mpa 42,3 7 dias Mpa 46,8 28 dias Mpa 56 Fonte: Holcim.
4.1.3 Sílica ativa
Utilizou-se sílica ativa fornecida pela empresa SILICON Indústria e Comércio de Produtos Químicos Ltda., com massa específica (ABNT NBR
23:2001) igual a 2,21 kg/dm³. A Tabela 15 apresenta a composição química da sílica.
Gesoglu et al. (2015) afirma que a adição de materiais finos fornece aumento da resistência mecânica do concreto e torna-o mais impermeável, influenciando na durabilidade e nas propriedades do concreto com o aumento da densidade da mistura pelo preenchimento dos espaços vazios do concreto por suas dimensões de partículas reduzidas.
Tabela 15: Análise química da sílica ativa.
Composto % Fe₂Oз 0,08 CaO 0,36 Al₂Oз 0,17 MgO 0,55 Na₂O 0,19 K₂O 1,29 SiO₂ 95,61
Fonte: Site SILICON.
4.1.4 Argila expandida
Utilizou-se a argila expandida nacional como agregado leve, fabricada pela empresa CINEXPAN S.A., em duas graduações: CINEXPAN 0500 (Dmáx = 4,8 mm e Resistência à compressão para esmagamento: 8 a 15 MPa) e CINEXPAN 1506 (Dmáx = 9,5 mm e Resistência à compressão para esmagamento: < 2 MPa). Esse agregado leve, produzido pelo processo de nodulação (forno rotativo) a temperaturas médias de 1100ºC, apresenta formato arredondado regular (Figura 17) com camada externa de baixa porosidade.
Figura 17: Agregados Cinexpan 0500 e Cinexpan 1506
